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This work deals with a study of the electronic properties of InAs / InP quantum dots, which is a very promising material system for telecommunications. These nanoparticles are studied for different sizes, density and doping. In the first chapter, we describe the interest of the InAs / InP system for optoelectronic applications. As a result we present the growth technique and some examples of applications of these quantum dots. In addition, we present a description of the emission process may exist in these structures. In the second chapter, we present the electrical characterization methodologies: the Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) and the C (V) measurement. In the third chapter, we study the quantum dots to achieve a qualitative and quantitative analysis of profiles N (W) samples. A study of the profile as a function of temperature gives an overview of the types of emission that dominate in our structures. The effect of heavy doping of the matrix layer and of density of dots is discussed. In the fourth chapter, a DLTS study of all samples shows several defects related to growth and interface quality. In addition, further study allows us to extract the s and p electronical state response of quantum dot., Ce travail porte sur une étude des propriétés électroniques des boîtes quantiques InAs/InP, qui est un système très prometteur pour les télécommunications. Ces nanoparticules sont étudiées pour différentes tailles, densité et dopage. Dans le premier chapitre, nous décrivons l’intérêt du système InAs/InP pour les applications optoélectroniques. Nous présentons la technique de croissance et quelques exemples d’applications de ces boîtes quantiques. Nous donnons une description générale complète des processus d’émission susceptible d’exister dans ces structures. Dans le deuxième chapitre, nous présentons les méthodologies de caractérisation électrique mises en jeu, en insistant sur la complémentarité de deux techniques d’analyse : la spectroscopie transitoire des défauts profonds et la mesure C(V). Dans le troisième chapitre, nous étudions ces boîtes quantiques avec la technique C(V) pour aboutir à une analyse qualitative et quantitative des profils N(W) des échantillons. Une étude de ce profil en fonction de la température nous permet de déterminer les types d’émission qui dominent dans nos structures. L’effet du fort dopage de la couche matrice, ainsi que la densité de boîtes est discuté. Dans le quatrième chapitre, une étude DLTS menée sur l’ensemble des échantillons disponibles montre plusieurs défauts reliés au contrôle de la croissance et de la qualité des interfaces. En outre, une étude plus approfondie nous permet d’extraire la réponse électrique des boîtes quantiques ainsi que leurs états électroniques s et p existants.

III-N materials have made a significant gain in component performance for power electronics applications. The major potential of GaN for these applications lies in its large breakdown field resulting from its wide bandgap, high polarization field and high electronic saturation velocity. AlGaN/GaN heterostructures have been, until recently, the system of choice for power electronics. The limits are known and alternatives are studied to overcome them. Thus, lattice matched InAlN/GaN heterostructures have attracted a great deal of research interest, especially for high frequency power electronic applications. The aim in this work of thesis consists in developing and in characterizing High Electron Mobility Transistors (HEMTs) to establish correlations between structural, electrical defects and technologic processes. A study will therefore be conducted on the characterization of AlGaN/GaN components to enhance the parameters of growth susceptible to have a notable impact on the structural and electrical quality of the structure, in particular on the electrical isolation of the buffer layers and the transport properties. For InAlN/GaN HEMTs, the objective is to evaluate the quality of the barrier layer. For this, a study of the influence of the thickness as well as the composition of the barrier will be conducted. The combination of these studies will allow identifying the optimum structure. Then, the analysis of Schottky contacts by measurements of current and capacity at different temperatures will allow us to identify the several conduction modes through the barrier. Finally, the effects of traps which constitute one of the fundamental limits inherent to the studied materials will be characterized by various defects spectroscopy methods.; Les matériaux III-N ont apporté un gain considérable au niveau des performances des composants pour les applications en électronique de puissance. Les potentialités majeures du GaN pour ces applications résident dans son grand champ de claquage qui résulte de sa large bande interdite, son champ de polarisation élevé et sa vitesse de saturation importante. Les hétérostructures AlGaN/GaN ont été jusqu’à maintenant le système de choix pour l’électronique de puissance. Les limites sont connues et des alternatives sont étudiées pour les surmonter. Ainsi, les hétérostructures InAlN/GaN en accord de maille ont suscité beaucoup d’intérêts, notamment pour des applications en électronique de puissance à haute fréquence. L’enjeu de ce travail de thèse consiste à élaborer et caractériser des hétérostructures HEMTs (High Electron Mobility Transistors) afin d’établir des corrélations entre défauts structuraux, électriques et procédés de fabrication. Une étude sera donc menée sur la caractérisation de composants AlGaN/GaN afin de cerner les paramètres de croissance susceptibles d’avoir un impact notable sur la qualité structurale et électrique de la structure, notamment sur l’isolation électrique des couches tampons et le transport des porteurs dans le canal. En ce qui concerne les HEMTs InAlN/GaN, l’objectif est d’évaluer la qualité de la couche barrière. Pour cela, une étude de l’influence des épaisseurs ainsi que la composition de la barrière sera menée. La combinaison de ces études permettra d’identifier la structure optimale. Ensuite, l’analyse des contacts Schottky par des mesures de courant et de capacité à différentes températures nous permettra d’identifier les différents modes de conduction à travers la barrière. Enfin, les effets de pièges qui constituent l’une des limites fondamentales inhérentes aux matériaux étudiés seront caractérisés par différentes méthodes de spectroscopie de défauts.

Zinc oxide (ZnO) is a II-VI semiconductor which appears as a very promising material for UV opto-electronic applications, in particular for the production of light emitting devices (LED). For these applications, ZnO presents strong advantages as a high exciton binding energy (60 meV ), a wide direct band gap (3.4 eV), the availability of large diameter bulk substrates for homoepitaxial growth of high quality thin films or nanostructures. However, the development of these applications is hampered by the difficulty to dope ZnO p-type. The impurity leading to an electrical conductivity associated with positive charge carriers (holes), and therefore the production of ZnO pn junctions have not yet been really identified.In this thesis we have studied the physical mechanisms that govern the electrical properties of ZnO single crystal and epilayers. The control of contacts (ohmic or Schottky) on different ZnO surfaces allowed us to carry out both transport measurements (resistivity and Hall effect) and capacitance measurements (C(V), Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) and admittance spectroscopy).At first, we have studied the role of deep and shallow defects on the n-type conductivity of bulk ZnO samples obtained by Hydrothermal synthesis (HT) or by Chemical Vapor Transport (CVT). We also investigated the impact of post-growth annealing at high temperature under oxygen atmospheres on the transport properties of samples. Thanks to the previous results on the residual n-type doping, we have reported on several attempts to obtain p-type ZnO. We have discussed the potential of different candidates for the achievement of p-type doping and present our tentative experiments to try and demonstrate the reality, the ability and the stability of p-type doping by nitrogen implantation and arsenic diffusion. The nitrogen impurity has been chosen for oxygen substitution, which should allow the creation of acceptor levels in the ZnO band gap. We also studied arsenic as a potential p-type dopant, according to a model whereby arsenic substitutes for oxygen and, if associated with two zinc vacancies, forms a complex with a shallower ionization energy than in the case of direct oxygen substitution.In addition to the studies on bulk ZnO samples and attempts on p-type doping, we have also studied the electrical properties of thin film ZnO samples obtained by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy, either intentionally or unintentionally doped. Correlations between SIMS and C(V) measurements allowed us to highlight especially the importance of aluminum as a residual impurity in epitaxial layers grown on sapphire substrates.In this thesis we have clarified intentional or unintentional n-type doping mechanisms in ZnO single crystal samples. We have also identified impurities and growth parameters responsible for the residual n-type doping. This understanding is a crucial and preliminary step for understanding the doping mechanisms at stake in this material and is also necessary to achieve stable p-type conductivity, which is still the main challenge for the realization of optoelectronic devices based on ZnO., L’oxyde de zinc ZnO, est un semiconducteur II-VI très prometteur pour les applications en opto-électronique dans le domaine UV, notamment pour la réalisation de dispositifs électroluminescents (LED). Les potentialités majeures du ZnO pour ces applications résident notamment dans sa forte liaison excitonique (60 meV), sa large bande interdite directe (3.4 eV), la disponibilité de substrats massifs de grand diamètre ainsi que la possibilité de réaliser des croissances épitaxiales de très bonne qualité en couches minces ou nano structurées (nanofils). Néanmoins, le développement de ces applications est entravé par la difficulté de doper le matériau de type p. L'impureté permettant d'obtenir une conductivité électrique associée à des porteurs de charges positifs (trous), et donc la réalisation de jonctions pn à base de ZnO, n'a pas encore été réellement identifiée. C'est pourquoi une des étapes préliminaires et nécessaires à l'obtention d'un dopage de type p fiable et efficace, réside dans la compréhension du dopage résiduel de type n, ainsi que des phénomènes de compensation et de passivation qui sont mis en jeu au sein du matériau. La maîtrise de la nature des contacts (ohmique ou Schottky) sur différentes surfaces d'échantillons de ZnO nous a permis dans ce but de mettre en œuvre à la fois des mesures de transport (résistivité et effet Hall) et des mesures capacitives (capacité-tension C(V), Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) et Spectroscopie d'admittance).Dans un premier temps, nous avons donc cherché à comprendre de manière approfondie les propriétés électriques du ZnO massif. Nous avons ainsi étudié le rôle des défauts profonds et peu profonds sur la conductivité des échantillons, aux travers de différents échantillons massifs obtenus par synthèse hydrothermale ou par croissance chimique en phase vapeur. Nous avons également étudié l'impact de la température de recuits post-croissance, sur les propriétés de transport des échantillons. A la lumière des résultats obtenus sur le dopage résiduel de type n des échantillons de ZnO massifs, nous avons ensuite procédé à différents essais de dopage de type p du ZnO par implantation ionique d'azote et par diffusion en ampoule scellée d’arsenic. L'impureté azote a été choisie dans le cadre d'une substitution simple de l'oxygène qui devrait permettre de créer des niveaux accepteurs dans la bande interdite du ZnO. Nous avons également étudié l'impureté arsenic, qui selon un modèle théorique peut former un complexe qui permet d'obtenir un niveau accepteur plus proche de la bande de valence que le niveau. Outres les études réalisées sur les échantillons de ZnO massif et les essais de dopage de type p, nous avons également étudié les propriétés électriques d'échantillons de ZnO monocristallins sous forme de couches minces obtenues par croissance en phase vapeur d’organométalliques, dopées intentionnellement ou non. Les corrélations entres les mesures SIMS et C(V) nous ont permis notamment de mettre en évidence une diffusion et un rôle très importante de l'aluminium sur les propriétés électriques des couches minces de ZnO épitaxiées sur substrat saphir.Dans le cadre de cette thèse nous avons réussi à clarifier les mécanismes du dopage de type n, intentionnel ou non intentionnel, dans le ZnO monocristallin. Nous avons également identifié les impuretés et les paramètres de croissance importants permettant d'obtenir un dopage résiduel de type n le plus faible possible dans les couches épitaxiées. Cette maitrise du dopage résiduel de type n est une étape préliminaire indispensable aux études de dopage de type p car elle permet de minimiser la compensation des accepteurs introduits intentionnellement. Cette approche du dopage sur des couches minces de ZnO dont le dopage résiduel de type n est très faible apparait comme une voie très prometteuse pour surmonter les problèmes d'obtention du dopage de type p.

The manufacture of semiconductor components based on gallium nitride (GaN) is currently undergoing a major expansion. This material, by his physical and chemical attractive properties, is a very good candidate for the manufacture of high power and hign frequency operating components. In practice, before integrating these components in an electronic system, the analysis of reliability is a necessary step to validate the used manufacturing technology. The objective of this work is to determine physical mechanisms responsible for the performance degradation of high electron mobility transistors (HEMT) based on AlGaN/GaN and AlInN/GaN heterostructures. At first, the static characterization of the components, by current and capacitance measurements at different temperatures, allowed us to identify anomalies in the characteristics. This non-ideality due to thermal effects seem to come from the trapping mechanisms of carriers by defects in the material. In order to analyze these mechanisms, deep levels transient spectroscopy measurements(DLTS) were carried out on the Schottky contact of the gate. The next step was to measure the deep traps in HEMTs by DLTS on drain current, in order to identify defects directly related to the current in these devices. This study was performed on different components with different geometries to analyze the behavior of these traps. The study of the gate contact is an important step in determining the origin of component failure. For this, we conducted a deep study on different transport mechanisms across the metal/semiconductor barrier. This study allowed us to conclude on the stability of the gate contact after the accelerated aging tests., La fabrication des composants semi-conducteurs à base de nitrure de gallium (GaN) connaît actuellement une grande expansion. Ce matériau, par ces propriétés physico-chimiques intéressantes, est un très bon candidat pour la fabrication des composants de puissance à haute fréquence de fonctionnement. Dans la pratique, avant d’intégrer ces composants dans un système électronique, l’analyse de leur fiabilité est une étape nécessaire pour valider la technologie de fabrication utilisée. L’objectif de ce travail est la détermination des mécanismes physiques responsables de la dégradation des performances des Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMT) à base d’hétérostructures AlGaN/GaN et AlInN/GaN. Dans un premier temps, la caractérisation en régime statique des composants, par des mesures de courant et de capacité à différentes températures, nous a permis de repérer certaines anomalies dans les caractéristiques des composants. Cette non-idéalité liée aux effets thermiques semble provenir des mécanismes de piégeage des porteurs par les défauts dans le matériau. Dans le but d’analyser ces mécanismes, des mesures de spectroscopie de défauts profonds (DLTS) ont été effectuées sur la capacité de type Schottky du contact de la grille. L’étape suivante a consisté à mesurer les pièges profonds dans les HEMTs par DLTS en courant de drain, de façon à déterminer quels défauts influencent directement le courant dans ces dispositifs. Cette étude a été effectuée sur différents composants avec différentes géométries pour analyser au mieux le comportement de ces pièges. L’étude du contact de grille est aussi une étape importante pour déterminer les origines de défaillance des composants. Pour cela, nous avons réalisé une étude approfondie sur les différents mécanismes de transport à travers la barrière métal/semi-conducteur. Cette étude nous a permis de conclure sur la stabilité du contact de grille après les tests de vieillissement accélérés.

Ce manuscrit expose des travaux effectués entre 1994 et 2004 sur la fiabilité des composants à base de structures MOS et la fiabilité des oxydes ultra-minces de SiO2 (Nos études sur les porteurs chauds nous ont aussi amené à étudier la fiabilité de transistor MOSFET lors de contraintes dynamiques (AC), caractéristiques des séquences de polarisation en mode normal de fonctionnement. Le résultat pratique de ce travail est la mise en oeuvre d'une méthodologie s'inspirant de l'hypothèse quasi-statique pour la prévision des durées de vie AC. Cette méthodologie, éprouvée et comparée aux résultats de mesure dans un certains nombre de cas où sa validité est reconnue, est appliquée au cas plus complexe du transistor de passage NMOS. L'accord reste satisfaisant, mais nous avons également mis en évidence les limitations de cette technique lors de séquences faisant intervenir des relaxations, des périodes de dépiégegage ou des dégradations bi-directionnelles.Concernant le lien entre les étapes du procédé et la fiabilité, nous avons étudié l'influence d'une étape d'implantation ionique à haute énergie, qui induit un dégât dans le volume du semi-conducteur détecté électriquement par C(V), mais aussi des courants de fuite similaires au SILC (IILC Implantation Induced Leakage Current). Nous avons mis au point une méthodologie optimisée de détection du Wafer Charging, utilisant des injections très courtes de porteurs chauds (au pic de courant électronique) dans le transistor PMOS. Cette méthode s'est révélée plus sensible et plus révélatrice que les injections pratiquées en régime Fowler-Nordheim ou la simple étude paramétrique pour détecter les défauts latents issus du charging dans les oxydes minces. Enfin, nous avons identifié par DLTS les défauts issus d'une contamination au Fer dans le Silicium (paire Fe-B et Fer interstitiel Fei) et avons observé la re-transformation spontanée du Fei en paire Fe-B en quelques heures.

Pour vérifier que la ségrégation d'oxygène est bien à l'origine de l'activité recombinante des joints de grains de bicristaux « CZ », de configuration Σ = 13 et de type P, des échantillons ont été étudiés bruts de fabrication, après recuit, après diffusion d'or ainsi qu'après recuit et diffusion d'or. Les techniques expérimentales regroupent les balayages LBIC, le contraste EBIC, ainsi que la DLTS utilisant la région de charge d'espace du joint de grains comme structure de collecte. Les résultats montrent que l'activité recombinante des joints ne devient notable qu'après un recuit à 880 °C pendant plusieurs dizaines d'heures. Une diffusion d'or à 700 °C ne produit pas d'autre effet que celui dû au seul recuit. Une diffusion d'or à 800 °C pendant 3 heures dans un bicristal préalablement recuit à 880 °C pendant 30 heures réduit les recombinaisons aux joints et dans les grains. L'activation des joints de grains de type Σ = 13 est donc un phénomène lent, tandis que la présence d'impuretés métalliques diffusant rapidement dans le silicium est soit sans effet, soit passivante. L'activation des joints doit donc résulter de la capture de diffuseurs relativement lents. Par suite de son abondance dans les cristaux « CZ » et des précipités qu'il peut former aux joints, l'oxygène dissous dans les grains apparaît bien après ségrégation comme le principal responsable de l'activation de ces défauts.

On étudie l'influence de traitements thermiques sur les propriétés électroniques de la macle Σ = 25 du silicium, pour différentes atmosphères de recuit (azote ou argon + vapeur d'eau) et des températures comprises entre 450 °C et 900 °C. L'activité électrique du joint est associée à la précipitation d'impuretés, mise en évidence par des observations en microscopie électronique en transmission. La mesure des densités d'états d'interface par spectroscopie capacitive (D.L.T.S.) fait apparaître d'importantes variations suivant la nature de l'atmosphère de recuit. La nature des impuretés en cause demeure toutefois à déterminer.

Des irradiations par faisceaux laser continu ont été faites sur GaAs dans une gamme de puissances comprises entre 0,5 et 0,8 Pm. Pm étant la puissance de fusion. Les résultats obtenus par DLTS montrent la formation à la surface d'un continuum de pièges notés PL1. Des expériences complémentaires effectuées par ellipsométrie et SIMS permettent de relier les pièges à des défauts dans une faible couche d'oxyde formée durant le traitement. Les expériences de DLTS et DLOS réalisées dans différentes conditions de polarisation s'interprètent par une relaxation de ces défauts sensibles au champ électrique.

Les concentrations, énergie d'activation et coefficient d'émission thermique des porteurs majoritaires des centres associés au palladium diffusé dans le silicium sont déterminés par méthodes thermocapacitives : capacitance thermostimulée et spectroscopie capacitive transitoire. Trois niveaux sont observés : deux accepteurs à Ec - 0,21 eV et E v + 0,24 eV et un donneur à Ev + 0,32 eV. La présence et la concentration de ces pièges dépendent du traitement thermique ultérieur à la diffusion.

The objective of this work aim to study the performance, reliability of semiconductor structures after their operation under extreme conditions, during and after electrical stress, thermal stress, and combined electro thermal stresses. The studied semiconductor structures are photovoltaic cells for applications in the field of renewable energies. These devices have been exposed to several types of degradation generating localized defects in the structures. The I (V) and C (V) characteristics and electrical parameters have been studied before and after each stress case. The Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) was used as advanced technique for tracking the defects created at the interface and in the bulk structures. The DLTS technique allows identifying and locating these defects within the devices, by determining their activation energy and their capture cross-Section, Le travail de la thèse proposé consiste à étudier, caractériser et modéliser la performance et la fiabilité de composants semi-conducteurs sous conditions extrêmes c’est à dire pendant et après que ces composants ont subi un stress électrique, un stress thermique voire les deux stress en même temps. Les composants semi-conducteurs que nous avons étudiés sont des modules photovoltaïques en silicium monocristallin pour des applications dans les énergies renouvelables. Dans cette étude, ces composants ont été soumis à plusieurs types de dégradations générant des défauts localisés dans la structure des composants. Dans un premier temps, des études approfondies des caractéristiques I(V) et C(V) et des paramètres électriques des modules solaires photovoltaïques ont été réalisées en testant une série de modules sous différentes conditions environnementales afin de fournir des données pertinentes pouvant être utiles pour l'évaluation des performances, la modélisation du fonctionnement et pour la mise en œuvre correcte et complète des modules photovoltaïques. Ces caractérisations ont été complétées par l’étude des défauts créés à l’interface et dans les structures des modules photovoltaïques par les différents stress sur la base de mesures effectuées sur ces mêmes cellules par la technique Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS). Grâce à cette technique, nous avons identifié et localisé ces défauts au sein du composant, en déterminant leur énergie d’activation et leur section efficace de capture. Les résultats de notre étude montrent ainsi l’importance des conditions de fonctionnement sur les performances instantanées et sur le long terme des systèmes photovoltaïques. Ils peuvent être exploitables directement dans la conception même des modules silicium voire transposable, en suivant la méthodologie de l’étude que nous proposons à de nouvelles technologies de modules

Reliability in GaN based devices still motivates numerous studies because the involved degradation mechanisms are different from that in III-V narrow bandgap devices. Direct investigations on high electron mobility transistors (HEMT) are performed with low frequency noise (LFN) measurements, pulsed electrical characterization and deep level transient spectroscopy. The first part of this thesis deals with generalities on AlGaN/GaN High electron mobility transistors and their technological particularities. The second part deals with the presentation of the diagnostic tools used in this study. A low frequency noise bench developed in LAAS-CNRS allowing measurements from few hertz up to 1 MHz is described, an original method of electrical pulsed characterization has and current deep level spectroscopy bench. In the third part of this study, low frequency noise is used to assess effects of deuterium (H+ ions) in diffusion condition on the robustness of 0.25 *2*75 μm² gate area AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMT) grown on Si substrate. H+ Ions are diffused from the above AlGaN/GaN layer through the AlGaN/GaN interface and GaN layer, notably under the gated channel where the defects are located. In the fourth part, undoped AlGaN/GaN devices grown on silicon substrate have been stressed at a junction temperature of 175°C. Gate-lag and drain-lag measurements method have been performed versus different quiescent bias points and under different pulse conditions. This method allows the discrimination of each lag phenomenon as well as the thermal contribution. Thus it is possible to track and model the trapping mechanisms versus bias conditions. This electrical modeling is completed with LFN measurements and deep level transient spectroscopy, which is largely used for reliability investigations.; Le point sensible inhérent à la commercialisation d'une technologie émergente est la maturité des processus utilisés garantissant la qualité de l'épitaxie, de la métallisation du contact de grille ou encore de la passivation. Les études de fiabilité s'imposent alors comme un aspect indissociable de la maturation de la technologie. En ce sens, les composants à grands gap représentent un réel problème car les outils classiques de caractérisation ne sont pas toujours adaptés aux contraintes imposées (thermiques, RF, DC...). Dans cette thèse, nous détaillons une technique originale pour améliorer la fiabilité des dispositifs AlGaN/GaN par diffusion de deutérium et nous présentons l'ensemble des résultats issus des campagnes de mesures menées à l'aide des outils disponibles sur des lots de composants issus des filières UMS et TRT. Les principaux résultats concernent les mesures de bruit basse fréquence, la caractérisation électrique, la spectroscopie des pièges profonds et les mesures en température de courant de grille qui ont été réalisés sur des lots de composants témoins et ayant subi différents types de stress.

The theoretical Shockley-Queisser radiative efficiency limit for single solar cells is around 30% and even silicon solar cells, which dominate the PV market, are very close to their performance limit with a record efficiency around 27%. The multi-junction (MJ) architecture is a strategy to reach or go over the 30% efficiency by combining semiconductor absorbers with appropriate bandgaps. However, the characterization of MJ solar cells can be much more complex than single junction cells. Indeed, for the two-terminal MJ architecture, the optical and electrical coupling between the subcells makes it challenging to characterize each subcell independently. In this thesis, we develop characterization techniques based on capacitance and admittance measurements and applied to MJ solar cells: capacitance-voltage (C(V)), admittance spectroscopy and deep-level transient spectroscopy (DLTS) techniques. These techniques are commonly used for single solar cells to determine doping densities (C(V)) or to study electrically active defects (admittance spectroscopy and DLTS), but only a few studies have been published about their use to characterize MJ cells at the subcell level. We show here it is possible to separate each subcell’s contribution to the cell capacitance by choosing illuminations such that one subcell is in the dark whereas the others absorb the light. Based on theoretical and numerical developments as well as experimental results performed on III-V/Si tandem cells, we present a detailed analysis of the techniques: subcell properties that can be extracted, influence of several experimental parameters (DC bias, frequency, temperature, light power…), limits and difficulties of the techniques. This work can be extended to other types of tandem cells like perovskite/Si or to MJ with more than two subcells.; La limite de rendement théorique de Shockley-Queisser pour une cellule solaire à simple jonction (~30%) est particulièrement difficile à atteindre y compris dans la filière la plus répandue, la filière silicium, dont les records de rendement sont aujourd’hui proches de 27%. Les cellules à multijonctions (MJ), basées sur l’association de plusieurs cellules à jonctions PN appelées sous-cellules, font donc l’objet d’un intérêt tout particulier puisqu’elles permettent d’atteindre, et même de dépasser la limite de 30% de rendement. Pour autant, les travaux de caractérisation de cellules MJ sont plus délicats à mettre en œuvre et moins répandus. Dans cette thèse, nous nous intéressons au développement de techniques de caractérisation basées sur des mesures de capacité et d’admittance appliquées aux cellules MJ: capacité-tension (C(V)), spectroscopie d’admittance et spectroscopie des états profonds en régime transitoire (DLTS). Ces techniques, utilisées dans la caractérisation de cellules solaires simples pour déterminer notamment des concentrations de dopants (C(V)) ou la présence de défauts électriquement actifs (spectroscopie d’admittance et DLTS), ont été très peu développées pour des cellules MJ. En effet, dans le cas de cellules MJ monolithiques, le couplage optique et électrique des sous-cellules rend particulièrement délicat la caractérisation de chaque sous-cellule indépendamment. En nous appuyant sur des développements théoriques et numériques, ainsi que sur des validations expérimentales, nous proposons ici une méthode permettant de séparer les contributions capacitives de chaque sous-cellule. Cette méthode est basée sur l’ajout d’éclairements spécifiques de sorte que la jonction que l’on souhaite caractériser soit en conditions d’obscurité tandis que les autres sous-cellules absorbent la lumière. A partir de résultats expérimentaux et de modélisation obtenus pour des cellules tandem III-V/Si, nous analysons en détail ces techniques : propriétés physiques de chaque sous-cellule qu’il est possible de déterminer (concentration de dopants, défauts électriquement actifs), influence de différents paramètres expérimentaux (tension de polarisation DC, fréquence du signal AC, température, intensité du flux lumineux, etc..), limites et difficultés de chacune des techniques. L’application de ces techniques à d’autres types de cellules tandem, en particulier des cellules perovskite/silicium, et à des cellules MJ avec plus de 2 sous-cellules, fait partie des nombreuses perspectives qu’offre ce travail de thèse.

The theoretical Shockley-Queisser radiative efficiency limit for single solar cells is around 30% and even silicon solar cells, which dominate the PV market, are very close to their performance limit with a record efficiency around 27%. The multi-junction (MJ) architecture is a strategy to reach or go over the 30% efficiency by combining semiconductor absorbers with appropriate bandgaps. However, the characterization of MJ solar cells can be much more complex than single junction cells. Indeed, for the two-terminal MJ architecture, the optical and electrical coupling between the subcells makes it challenging to characterize each subcell independently. In this thesis, we develop characterization techniques based on capacitance and admittance measurements and applied to MJ solar cells: capacitance-voltage (C(V)), admittance spectroscopy and deep-level transient spectroscopy (DLTS) techniques. These techniques are commonly used for single solar cells to determine doping densities (C(V)) or to study electrically active defects (admittance spectroscopy and DLTS), but only a few studies have been published about their use to characterize MJ cells at the subcell level. We show here it is possible to separate each subcell’s contribution to the cell capacitance by choosing illuminations such that one subcell is in the dark whereas the others absorb the light. Based on theoretical and numerical developments as well as experimental results performed on III-V/Si tandem cells, we present a detailed analysis of the techniques: subcell properties that can be extracted, influence of several experimental parameters (DC bias, frequency, temperature, light power…), limits and difficulties of the techniques. This work can be extended to other types of tandem cells like perovskite/Si or to MJ with more than two subcells., La limite de rendement théorique de Shockley-Queisser pour une cellule solaire à simple jonction (~30%) est particulièrement difficile à atteindre y compris dans la filière la plus répandue, la filière silicium, dont les records de rendement sont aujourd’hui proches de 27%. Les cellules à multijonctions (MJ), basées sur l’association de plusieurs cellules à jonctions PN appelées sous-cellules, font donc l’objet d’un intérêt tout particulier puisqu’elles permettent d’atteindre, et même de dépasser la limite de 30% de rendement. Pour autant, les travaux de caractérisation de cellules MJ sont plus délicats à mettre en œuvre et moins répandus. Dans cette thèse, nous nous intéressons au développement de techniques de caractérisation basées sur des mesures de capacité et d’admittance appliquées aux cellules MJ: capacité-tension (C(V)), spectroscopie d’admittance et spectroscopie des états profonds en régime transitoire (DLTS). Ces techniques, utilisées dans la caractérisation de cellules solaires simples pour déterminer notamment des concentrations de dopants (C(V)) ou la présence de défauts électriquement actifs (spectroscopie d’admittance et DLTS), ont été très peu développées pour des cellules MJ. En effet, dans le cas de cellules MJ monolithiques, le couplage optique et électrique des sous-cellules rend particulièrement délicat la caractérisation de chaque sous-cellule indépendamment. En nous appuyant sur des développements théoriques et numériques, ainsi que sur des validations expérimentales, nous proposons ici une méthode permettant de séparer les contributions capacitives de chaque sous-cellule. Cette méthode est basée sur l’ajout d’éclairements spécifiques de sorte que la jonction que l’on souhaite caractériser soit en conditions d’obscurité tandis que les autres sous-cellules absorbent la lumière. A partir de résultats expérimentaux et de modélisation obtenus pour des cellules tandem III-V/Si, nous analysons en détail ces techniques : propriétés physiques de chaque sous-cellule qu’il est possible de déterminer (concentration de dopants, défauts électriquement actifs), influence de différents paramètres expérimentaux (tension de polarisation DC, fréquence du signal AC, température, intensité du flux lumineux, etc..), limites et difficultés de chacune des techniques. L’application de ces techniques à d’autres types de cellules tandem, en particulier des cellules perovskite/silicium, et à des cellules MJ avec plus de 2 sous-cellules, fait partie des nombreuses perspectives qu’offre ce travail de thèse.

Gallium nitride (GaN) and its ternary and quaternary alloys are attracting more and more interest in the scientific and industrial communities for their potential for use in high frequency electronic devices, for transistors with high electronic mobility, for UV photo-detection and new-generation solar cells. The outcome of these new components is still be seen to be limited in many areas, mainly due to the lack of control of electrical contacts implementation techniques. It is in this context that this thesis takes place.Although the main objective of this thesis deals with the study of the electrically active defects in high band gap B(AlGa)N semiconductor alloys and their role in the transport properties, the production of ohmic and Schottky contacts is an essential step in the realization of the devices under study. For the Ohmic contacts, we have deposited Ti/Al/Ti/Au (15/200/15/200) layers by thermal evaporation. Using the Transfer Length Method (TLM), we obtained specific contact resistances in the order of 3x10-4Wcm2. The Circular TLM has also confirmed this result. Besides, a theoretical modelling has been carried out to analyse the experimental measurements. Schottky diodes were then produced by depositing 150 nm platinum (Pt) metal contacts. An ideality factor of 1.3 and a barrier height of 0.76 eV were obtained. On the other hand, a study of transport mechanisms has been performed. It allowed us to demonstrate the existence of the direct tunnelling and the Thermionic Field Emission, in addition to the conventional thermionic effect. This result was underpinned by current and capacity measurements as a function of temperature. For photo detectors, we performed the same measurements of current and capacity in darkness and under illumination at suitable wavelengths. These measurements allowed understanding the internal gain that was observed on the samples. Furthermore, they show the effect of the thermally active mechanisms whose activation energies were determined by the Arrhenius technique. Using the Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS) technique followed up the study of the electrically active defects. This technique has recently been implemented in the laboratory. It allowed us to perform measurements under different conditions including various reverse bias, different frequencies, and different voltage pulse amplitudes and durations. One of the important results is the possibility of characterizing both majority and minority traps by simply changing the polarization conditions, as opposed to the usual procedures where an additional optical excitation is often necessary to increase the concentration of the minority carriers. In accordance with most of the encountered literature results, we found 6 electron traps all located below 0.9 eV of the conduction band, 3 hole traps in the 0.6-0.7 eV range above the valence band and one hole trap distributed at the interface. A rigorous procedure was developed and confirmed our results obtained by the standard Arrhenius technique; Le nitrure de gallium (GaN) et ses alliages ternaires et quaternaires suscitent de plus en plus d’intérêt dans les communautés scientifiques et industrielles pour leur potentiel d’utilisation dans des dispositifs électroniques haute fréquence, dans les transistors à forte mobilité électroniques, dans la photo-détection UV et les cellules solaires de nouvelles générations. L’aboutissement de ces nouveaux composants reste entravé à l’heure actuelle, entre autre, par la non maîtrise des techniques d’établissement de contacts électriques. C’est dans ce cadre général que s’inscrivent les travaux de cette thèse. Même si l’objectif principal de cette thèse concerne l’étude des défauts électriquement actifs dans les alliages de semiconducteurs à grand gap B(AlGa)N et de leur rôle dans les propriétés de transport, la réalisation des contacts ohmiques et des contacts Schottky constitue une étape essentielle dans la réalisation des dispositifs à étudier. Pour les contacts ohmiques, nous avons déposé des couches de type Ti/Al/Ti/Au (15/200/15/200) par évaporation thermique. Des résistances spécifiques des contacts de l’ordre de 3x10-4Wcm2 ont été déterminées par les méthodes des TLM linéaires et confirmées par les TLM circulaires. Une modélisation théorique a été entreprise dans ce sens pour analyser les mesures expérimentales. Ensuite on a réalisé des diodes Schottky en déposant des contacts métalliques de Platine (Pt) d’épaisseur 150 nm. Des facteurs d’idéalité de 1.3 et une hauteur de barrière de 0.76 eV ont été obtenus et d’une manière reproductible. Une fois ces dispositifs réalisés, une étude des mécanismes de transport a été entreprise et nous a permis de mettre en évidence l’existence des effets tunnel direct et assisté par le champ, en plus de l’effet thermoïonique classique. Ceci a été mis en évidence par des mesures de courant et de capacité en fonction de la température. Pour les photodétecteurs, nous avons réalisés les mêmes mesures de courant et de capacité à l’obscurité et sous illumination à des longueurs d’ondes adaptées. Ces mesures nous ont permis de comprendre les phénomènes de gain qu’on a observés sur ces échantillons et aussi de mettre en évidence des mécanismes thermiquement actifs, dont les énergies d’activation ont été déterminées par la technique de l’Arrhenius. L’étude des défauts électriquement actifs a été menée par la technique transitoire de capacité de niveaux profonds, la (DLTS). Cette technique a été récemment mise en oeuvre au laboratoire et nous a permis d’effectuer des mesures sous différentes conditions incluant diverses polarisations de repos, différentes fréquences, et différentes hauteurs et largeurs d’impulsion de polarisation. Un des résultats importants est la possibilité de caractérisation à la fois des pièges à majoritaires et des pièges à minoritaire en changeant simplement les conditions de polarisation et contrairement aux procédures habituelles où une excitation optique supplémentaire est souvent nécessaire pour augmenter la concentration des porteurs minoritaires. Il a ainsi été mis en évidence, en accord avec la plupart des résultats de la littérature, l’existence de 6 pièges à électrons, tous situés en dessous de 0.9 eV de la bande de conduction, de trois pièges à trous dans l’intervalle 0.6 - 0 .7 eV au dessus de la bande de valence et un piège à trous distribué à l’interface. Une procédure rigoureuse de fit a été mise au point et a permis de confirmer nos résultats obtenus par la procédure classique de l’Arrhenius

The chemistry of photofunctionnal molecules is an eminent hot topic as demonstrated by the 2016 Chemistry Nobel Prize dedicated to the ‘Molecular Machine’. However, for any photoinduced process, there are always accompanying undesireable competitive processes. Consequently, in order to establish a genuine dialogue between photoreactivity and molecular structure (synthesis) a multi-field approach is required. With this aim, DFT/TDDFT calculations including excited states make it possible to identify the important topologic points (not always detectable experimentally), while time- resolved spectroscopy affords a real-time assignment of the dynamics of desexcitation between those points. And as a complement, transient data treatment based on chemometric tools can be useful to avoid ambiguities in interpretations or even to find the spectral signature of individual intermediates. Two examples of studies of photofunctional molecules using this jointed approach (ab initio calculations, transient spectroscopy and chemometric data treatment) will be presented. First, we present an investigation on a pyridium betaine displaying negative solvatochromism (excited state dipole moment inversion), with the main result being a two-step intramolecular charge transfer process. In prospective, we will discuss the use of these molecules for an intramolecular cation transfer upon light excitation. Secondly, we will present various results concerning photochromic molecules (molecular switches) including a series of bridged diarylethenes blocked in suitable conformations. Finally, a project centered on the use of diaryethene injected into elastomeric films to elaborate photo-driven actuators (opto-mechanical effect) will be presented.; La photochimie de Molécules Organiques Photofonctionnelles est un thème éminemment d’actualité comme l’illustre le Prix Nobel de Chimie 2016 sur les Machines Moléculaires. Quel que soit le processus photoinduit recherché, il est toujours accompagnée de processus compétitifs non désirables. Aussi, afin de pouvoir instaurer un dialogue entre photo-réactivité et structure moléculaire (synthèse), une approche multi technique peut s’avérer adéquate. Pour cela, les calculs DFT / TDDFT incluant les états excités permettent d’identifier les points topologiques importants (souvent non discernables expérimentalement) tandis que la spectroscopie résolue en temps permet d’attribuer les dynamiques de désexcitation entre ces points. De plus, le traitement des données transitoires basé sur des méthodes chimiométriques est souvent utile pour lever les ambiguïtés d’interprétation ou obtenir les signatures spectrales des différents états intermédiaires. Deux exemples de molécules photofonctionnelles seront abordés selon le triptyque spectroscopie résolue en temps, calculs ab inito et traitement chimiométrique des données. Tout d’abord, nous présenterons une étude très poussée de la photophysique d’une betaine pyridinium au solvatochromisme négatif (inversion du moment dipolaire à l’état excité) et verrons que le transfert de charge photoinduit se fait en deux étapes. En guise de perspective, nous verrons comment ces molécules peuvent devenir de bons candidats pour mettre en œuvre un transfert de cation intramoléculaire photo-induit. Nous présenterons ensuite divers résultats de molécules photochromes (interrupteur moléculaire) dont une série concernant les diaryléthènes pontés, bloqués dans une conformation photoactive. Un projet d’utilisation des diaryléthènes dans des films élastomères pour obtenir des actionneurs photo-actifs (effet opto-mécanique) sera ensuite présenté.

The chemistry of photofunctionnal molecules is an eminent hot topic as demonstrated by the 2016 Chemistry Nobel Prize dedicated to the ‘Molecular Machine’. However, for any photoinduced process, there are always accompanying undesireable competitive processes. Consequently, in order to establish a genuine dialogue between photoreactivity and molecular structure (synthesis) a multi-field approach is required. With this aim, DFT/TDDFT calculations including excited states make it possible to identify the important topologic points (not always detectable experimentally), while time- resolved spectroscopy affords a real-time assignment of the dynamics of desexcitation between those points. And as a complement, transient data treatment based on chemometric tools can be useful to avoid ambiguities in interpretations or even to find the spectral signature of individual intermediates. Two examples of studies of photofunctional molecules using this jointed approach (ab initio calculations, transient spectroscopy and chemometric data treatment) will be presented. First, we present an investigation on a pyridium betaine displaying negative solvatochromism (excited state dipole moment inversion), with the main result being a two-step intramolecular charge transfer process. In prospective, we will discuss the use of these molecules for an intramolecular cation transfer upon light excitation. Secondly, we will present various results concerning photochromic molecules (molecular switches) including a series of bridged diarylethenes blocked in suitable conformations. Finally, a project centered on the use of diaryethene injected into elastomeric films to elaborate photo-driven actuators (opto-mechanical effect) will be presented.; La photochimie de Molécules Organiques Photofonctionnelles est un thème éminemment d’actualité comme l’illustre le Prix Nobel de Chimie 2016 sur les Machines Moléculaires. Quel que soit le processus photoinduit recherché, il est toujours accompagnée de processus compétitifs non désirables. Aussi, afin de pouvoir instaurer un dialogue entre photo-réactivité et structure moléculaire (synthèse), une approche multi technique peut s’avérer adéquate. Pour cela, les calculs DFT / TDDFT incluant les états excités permettent d’identifier les points topologiques importants (souvent non discernables expérimentalement) tandis que la spectroscopie résolue en temps permet d’attribuer les dynamiques de désexcitation entre ces points. De plus, le traitement des données transitoires basé sur des méthodes chimiométriques est souvent utile pour lever les ambiguïtés d’interprétation ou obtenir les signatures spectrales des différents états intermédiaires. Deux exemples de molécules photofonctionnelles seront abordés selon le triptyque spectroscopie résolue en temps, calculs ab inito et traitement chimiométrique des données. Tout d’abord, nous présenterons une étude très poussée de la photophysique d’une betaine pyridinium au solvatochromisme négatif (inversion du moment dipolaire à l’état excité) et verrons que le transfert de charge photoinduit se fait en deux étapes. En guise de perspective, nous verrons comment ces molécules peuvent devenir de bons candidats pour mettre en œuvre un transfert de cation intramoléculaire photo-induit. Nous présenterons ensuite divers résultats de molécules photochromes (interrupteur moléculaire) dont une série concernant les diaryléthènes pontés, bloqués dans une conformation photoactive. Un projet d’utilisation des diaryléthènes dans des films élastomères pour obtenir des actionneurs photo-actifs (effet opto-mécanique) sera ensuite présenté.

Un matériau semi-conducteur utilisé lors de la fabrication d’antennes térahertz (THz), le quaternaire InGaAsP (E_g = 0,79 eV), subit une implantation ionique de Fe suivi d’un recuit thermique rapide (RTA) dans le but d’améliorer ses propriétés d’émission. Le recuit est nécessaire afin de recristalliser la couche amorphisée lors de l’implantation, donnant lieu à un polycristal rempli de défauts de recristallisation. On constate cependant que les matériaux implantés Fe offrent de meilleures performances que ceux simplement endommagés au Ga. Dans le but de départager l’effet des défauts de recristallisation et des impuretés de Fe, des mesures de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et de DLTS en courant (I-DLTS), ainsi que de spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) ont été effectuées sur des échantillons non implantés et d’autres recristallisés. Les mesures DLTS et I-DLTS ont pour but de caractériser les niveaux profonds générés par ces deux procédures postcroissance, tout en identifiant le rôle que jouent les impuretés de Fe sur la formation de ces niveaux profonds. De plus, le voisinage des atomes de Fe dans le matériau recristallisé a été étudié à l’aide des mesures ToF-SIMS. Les mesures DLTS sur matériau recristallisé sont peu concluantes, car la mesure de capacité est faussée par la haute résistivité du matériau. Par contre, les mesures I-DLTS sur matériau recristallisé ont permis de conclure que les impuretés de Fe sont responsables de la formation d’une grande variété de niveaux d’énergie se trouvant entre 0,25 et 0,40 eV, alors que les défauts de structure induisent des niveaux de moins de 0,25 eV. La concentration de Fe est élevée par rapport au seuil de solubilité du Fe dans le matériau recristallisé. Il serait donc plausible que des agrégats de Fe se forment. Toutefois, cette hypothèse est infirmée par l'absence de pic aux masses correspondant à la molécule ^(56)Fe_2^+ sur les spectres ToF-SIMS. De plus, un modèle simple est utilisé afin d’estimer si certaines masses présentes sur les spectres ToF-SIMS correspondent à des liaisons non induites par la mesure dans le matériau recristallisé. Bien qu’aucune liaison avec le Ga et l'As n’est détectable, ce modèle n’exclut pas la possibilité de liens préférentiels avec l’In., A semiconductor material used in the manufacture of terahertz (THz) antennas, the InGaAsP quaternary (E_g = 0,79 eV), is Fe-ion implanted followed by Rapid Thermal Annealing (RTA) in order to improve its emission properties. The annealing is required to recrystallize the layer that was amorphized during implantation, resulting in a polycrystal filled with recrystallization defects. However, the Fe-implanted materials provide better performance than those simply damaged with Ga. In order to disentangle the effect of recrystallization defects and of Fe impurities, Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS) measurements, current DLTS (I-DLTS) measurements and Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS) were carried out on non-implanted and on recrystallized samples. The DLTS et I-DLTS measurements aim to characterize deep levels generated by these two post-growth fabrication processes, while identifying the role of Fe impurities on the formation of these deep levels. In addition, a study of the vicinity of Fe atoms in the recrystallized material was performed using ToF-SIMS measurements. The DLTS measurements on recrystallized material were inconclusive because the capacitance measurements were distorted by the high resistivity of the material. On the other hand, the I-DLTS measurements on recrystallized material allowed us to conclude that the Fe impurities are responsible for the formation of a wide variety of energy levels lying between 0.25 and 0.40 eV, while structural defects induce levels lower than 0.25 eV. The Fe concentration is high compared to the solubility threshold of Fe in the material. It is therefore possible that Fe clusters are formed. However, this hypothesis is invalidated by the absence of a peak at the mass channels corresponding to the molecule ^(56)Fe_2^+ on ToF-SIMS mass spectra. Moreover, a simple model is used to estimate whether certain masses present on ToF-SIMS spectra correspond to actual bonds in the recrystallized material, not induced by the measurement. While no bonds with Ga and As were detectable, this model does not exclude the possibility of preferential binding between with In.

L'’imagerie spatiale est aujourd'hui un outil indispensable au développement durable, à la recherche et aux innovations scientifiques ainsi qu’à la sécurité et la défense. Fort de ses excellentes performances électro-optiques, de son fort taux d’intégration et de la faible puissance nécessaire à son fonctionnement, le capteur d’images CMOS apparait comme un candidat sérieux pour ce type d’application. Cependant, cette technologie d’imageur doit être capable de résister à l’environnement radiatif spatial hostile pouvant dégrader les performances des composants électroniques. Un nombre important d’études précédentes sont consacrées à l’impact des effets ionisants sur les imageurs CMOS, montrant leur robustesse et des voies de durcissement face à de telles radiations. Les conclusions de ces travaux soulignent l’importance d’étudier les effets non-ionisants, devenant prépondérant dans les imageurs utilisant les dernières évolutions de la technologie CMOS. Par conséquent, l’objectif de ces travaux de thèse est d’étudier l’impact des effets non-ionisants sur les imageurs CMOS. Ces effets, regroupés sous le nom de déplacements atomiques, sont étudiés sur un nombre important de capteurs d’images CMOS et de structures de test. Ces dispositifs sont conçus avec des procédés de fabrication CMOS différents et en utilisant des variations de règle de dessin afin d’investiguer des tendances de dégradation commune à la technologie d’imager CMOS. Dans ces travaux, une équivalence entre les irradiations aux protons et aux neutrons est mise en évidence grâce à des caractéristiques courant-tension et des mesures de spectroscopie transitoire de niveau profond. Ces résultats soulignent la pertinence des irradiations aux neutrons pour étudier les effets non-ionisants. L’augmentation et la déformation de l’histogramme de courant d’obscurité ainsi que le signal télégraphique aléatoire associé, qui devient le facteur limitant des futures applications d’imagerie spatiale, sont évalué et modélisés. Des paramètres génériques d’évaluation des effets des déplacements atomiques sont mis en évidence, permettant de prévoir le comportement des capteurs d’images CMOS en environnement radiatif spatial. Enfin, des méthodes d’atténuation et des voies de durcissement des imageurs CMOS limitant l’impact des déplacements atomiques sont proposées. Today, space imaging is an essential tool for sustainable development, research and scientific innovation as well as security and defense. Thanks to their good electro-optic performances and low power consumption, CMOS image sensors are serious candidates to equip future space instruments. However, it is important to know and understand the behavior of this imager technology when it faces the space radiation environment which could damage devices performances. Many previous studies have been focused on ionizing effects in CMOS imagers, showing their hardness and several hardening-by-design techniques against such radiations. The conclusions of these works emphasized the need to study non-ionizing effects which have become a major issue in the last generation of CMOS image sensors. Therefore, this research work focuses on non-ionizing effects in CMOS image sensors. These effects, also called displacement damage, are investigated on a large number of CMOS imagers and test structures. These devices are designed using several CMOS processes and using design rule changes in order to observe possible common behaviors in CMOS technology. Similarities have been shown between proton and neutron irradiations using current-voltage characteristics and deep level transient spectroscopy. These results emphasize the relevance of neutron irradiations for an accurate study of the non-ionizing effects. Then, displacement damage induced dark current increase as well as the associated random telegraph signal are measured and modeled. Common evaluation parameters to investigate displacement damage are found, allowing imager behavior prediction in space radiation environment. Finally, specific methods and hardening-by-design techniques to mitigate displacement damage are proposed.

Microelectromechanical systems (MEMS) are excellent candidates for electrical metrology. Thanks to the electromechanical coupling in MEMS, it is possible to make secondary DC and AC voltage references with values from a few volts to several hundred volts with relative stabilities of about 10-7. These standards could constitute an alternative to current Zener references in the case of DC voltage and a first in AC metrology field. This PhD work was dedicated to the development and manufacturing of several generations of MEMS structures with variable electrical capacitance in which we exploit the pull-in phenomenon to build AC voltage references. The design of the samples based on specific architectures characterized by different modes of motion of the movable electrode is achieved through ConventorWare modeling. Both MEMS structures having vertical displacement of the movable membrane and combs-drive design for in-plane motion were considered. These structures have been fabricated with an industrial MPW (Multi Project Wafer) process technology, based on an SOI (Silicon On Insulator) surface micromachining process. However, a dedicated process technology has been developed to meet the specific requirements of our applications. AC voltage references having pull-in voltages ranging from 2 V to 100 V were developed with mechanical resonant frequencies of only a few kilohertz. This makes it possible to use the AC voltage references over a wide frequency range from a few tens of kilohertz to a few megahertz. We have also developed readout electronics specifically designed to match the MEMS characteristics and where the temperature of the samples is controlled. The voltage stability of MEMS was measured over 150 hours and the relative deviation from the mean was found less than one part in 106 at 50 kHz and 100 kHz. Results at several hundred of kHz are also very promising. The temperature dependence is ten times smaller than previously reported, which allow to use less soph isticated thermal stabilization platforms.; Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) sont d'excellents candidats pour la métrologie électrique. En effet, grâce au couplage électromécanique dans les MEMS, il est possible de réaliser des références secondaires de tension continue (DC) ou alternative (AC) ayant des valeurs de quelques volts à quelques centaines de volts avec des stabilités relatives pouvant atteindre quelques 10-7. Celles-ci peuvent alors être une alternative aux actuelles références Zener dans le cas de la tension continue, et constitueront une première pour la tension alternative puisque aucune référence n'existe hormis celle basée sur l'effet Josephson. Ce travail de thèse a été dédié au développement et à la fabrication de plusieurs générations de structures MEMS à capacité électrique variable dans lesquelles on exploite le phénomène du pull-in pour réaliser des références de tension AC. Le design des échantillons, basé sur des architectures spécifiques correspondant à différents modes de déplacement de l'électrode mobile, est réalisé grâce à des modélisations sous ConventorWare. On distingue des structures à débattement vertical favorisant un déplacement en mode piston de la membrane mobile et des structures à peignes interdigités à déplacement dans le plan. Ces différentes structures ont été fabriquées à partir d'un procédé technologique industriel MPW (Multi-project Wafer) de la société Tronic's, basé sur un substrat SOI (Silicon On Insulator). En parallèle, un procédé technologique dédié a été mis au point pour s'adapter aux exigences particulières de nos applications. Les références de tension AC ainsi développées présentent des tensions de pull-in variant de 2 V à 100 V avec des fréquences de résonance mécanique mesurées par DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) de seulement quelques kilohertz. Ce dernier résultat permet donc d'envisager l'utilisation de ces références de tension AC sur une large gamme de fréquence, de quelques dizaines de kilohertz jusqu'à quelques Mégahertz. Nou s avons également développé une électronique de commande spécifiquement adaptée aux caractéristiques de nos MEMS et intégrant une régulation de la température au mK près. La stabilité de la tension des MEMS a été mesurée sur plus de 150 heures avec une fluctuation inférieure au millionième à 50 kHz et 100 kHz. Les essais à plusieurs centaines de kHz sont également très prometteurs. La dépendance en température est dix fois plus petite que celle rapportée antérieurement, permettant ainsi de s'affranchir de plateformes de stabilisation thermique sophistiquées.

In order to study gravity influence on the growth by Travelling Heater Method of the semiconductor indium doped cadmium telluride (EURECA programme), we carried out a comparative analysis of spatial and earth experiences, completed by a numerical simulation of the fluid phase hydrodynamic using a 3D code. Our second aim was to prepare monocrystals of vanadium doped cadmium telluride by the Bridgman technology with good photorefractive properties. For a better understanding of the photorefractive effect mechanisms, the materials were characterized by Electron Paramagnetic Resonance, Magnetic Circular Dichroïsm and Photo Induced Current Transient Spectroscopy to determine the oxidation state and the vanadium levels in the forbidden band. Optical measurements (absorption, photoconductivity...) and others of the photorefractive effect were carried out. Finally, to evaluate the spatial pertinence of this growth, we studied the gravity influence on the hydrodynamical configuration of the fluid phase by numerical simulation.; Pour étudier l'influence de la gravité sur la croissance par T.H.M. du semi-conducteur CdTe dopé indium (programme EURECA), nous avons effectué une analyse comparative d'expérience spatiales et terrestres, complétée par une simulation numérique de l'hydrodynamique de la phase fluide utilisant un code 3D. Notre deuxième objectif a été de prépérer des monocristaux de CdTe dopé vanadium par la technique Bridgman présentant de bonnes propriérés photoréfractives. Pour une meilleure compréhension du mécanisme de l'effet photoréfractif, les matériaux ont été caractérisés par R.P.E., D.C.M. et P.I.C.T.S. afin de déterminer le degré de valence de V et la signature des niveaux vanadium dans la bande interdite. Des mesures optiques (absorption, photoconductivité...) et d'effet photoréfractif ont été effectuées. Enfin, pour évaluer la pertinence spatiale de cette croissance, nous avons étudié par simulation numérique l'influence de la gravité sur la configuration hydrodynamique de la phase fluide.

The topic of this thesis was to compare different measurement methods to analyse deep centers in Au-InP diodes. After a brief summary of the physical principles necessary to understand the deep level transient spectroscopy (DTLS) and the commonly used measurement modes (boxcar and lock-in systems), a presentation of numerical methods used for the transient analysis is done. Two kinds of methods are distinguished : the correlation and the isothermal methods. The two main factors used to estimate the results given by the correlation function are : the spectral resolution and the signal to noise ratio. In ordeer to improve the quality of the spectra, smoothing procedures have been used. In another way, to obtain a more precise analys of the spectra, a method named five emission rate method has been introduced. Isothermal methods reduce the measurement time owing to the limited number of capacitance transients used, on the other hand, the accuracy of the results is not so good. To summarize, we can say that several numerical methods (especially among the correlation methods) applied to Au-Inp diodes give us more precise results than conventional methods, like boxcar or lock-in systems; La comparaison de différentes méthodes de mesures et d'analyse des niveaux profonds appliquées à des structures Au-InP était le but principal de ce travail de thèse. Après un bref rappel des principes physiques nécessaires à la compréhension de la spectroscopie des niveaux profonds (DTLS) et des techniques de mesure les plus utilisées (boxcar et détection synchrone), une présentation de méthodes numériques d'analyse de transitoires a été faite. Ces dernières sont classées dans deux grandes familles : les méthodes de corrélation et les méthodes isothermes. Les principaux critères utilisés pour différencier les fonctions de corrélation sont : la résolution spectrale et le rapport signal sur bruit. Afin d'améliorer la qualité des spectres obtenus, des opérations de lissage ont été utilisées. En outre, pour une analyse plus fine des spectres, une méthode appelée méthode à cinq vitesses d'émission a été mise au point. Les méthodes isothermes permettent de réduire les temps de mesure puisque seul un nombre restreint de transitoires de capacité sont nécessaires, par contre la précision des résultats est assez médiocre. On retiendra que plusieurs méthodes (surtout parmi les méthodes de corrélation) appliquées à l'étude de structures Au-InP, apportent davantage de précision que les méthodes classiques (boxcar et détection synchrone)

The topic of this thesis was to investigate the energy distribution of defects, their localisation at the interface between indium phosphide and its native oxide, inside the oxide or in the bulk of the semiconductor. The results can be summarized in three points : 1) analysis by deep level transient spectroscopy (DLTS) of RF plasma native oxide-InP interface ; 2) Study by DLTS of the : effect of chemical oxidation with liquid or vapour phase nitric acid and comparison with non oxidized structures ; effect of heat treatments ; 3) results : DLTS spectra measured on all structures show discret peaks between 80K and 300K and a wide peak which appears at hight temperature. Some anomalies appears on these spectra. A two component model, including the variation of the capture cross section deduced from experiment and which correspond to a multiphonon emission process is proposed. This model fits all experimental DLTS spectra with a good accuracy. The configuration diagram is used to modelize the defects. A physical origin is proposed for the observed defects; La connaissance de la distribution en énergie des défauts ainsi que leur localisation, à l'interface entre le phosphure d'indium et son oxyde natif, dans l'isolant ou dans le volume du semi-conducteur, était le but principal de ce travail de thèse qui peut être résumé en trois points: 1) analyse par spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) à l'interface oxyde natif-InP forme en plasma RF ; 2) étude par la DLTS: des effets des modes d'oxydation par voie chimique dans l'acide nitrique en phase liquide et en phase vapeur en les comparant à la structure non oxydée, des effets des traitements thermiques ; 3) résultats: les spectres DLTS mesurés sur toutes les structures présentent des pics discrets entre 80K et 300K et un pic large apparaissant à haute température. Ces spectres font apparaître des anomalies. Pour les expliquer, un modèle à deux composantes incluant les lois de variation des sections efficaces de capture déduites expérimentalement et correspondant au mécanisme d'émission multiphonons est proposé. Ce modèle reproduit parfaitement les spectres observés. Des diagrammes de configuration ont été utilisés pour modéliser les défauts. Des origines physiques ont été suggérées pour les défauts observés